有源电力滤波器无功补偿无源电力滤波器.doc

有源电力滤波器 无功补偿 无源电力滤波器北京华腾开元电气有限公司属于北京市高新技术企业，坐落于清华科技园区。公司以清华大学电力系统国家重点实验室为技术依托单位，专业从事电力系统及其自动化领域理论研究、新技术转化、新产品开发及推广。公司现有员工100余人，其中技术人员60余人，拥有博士、硕士40余名，85%来自清华大学。公司注重知识创新，目前拥有9项产品专利，3项软件著作权，其中多项产品分别荣获省部级科学进步一等奖一项、二等奖三项、三等奖三项。公司主要产品：HTAPF-I型有源电力滤波器有源电力滤波器产品概述随着电力电子技术的发展，各种整流器等电力电子装置在工业、交通运输和家用电器中的应用日益广泛，这些非线性负荷带来的谐波问题也日益严重。谐波使电网损耗增加，占用系统容量，降低电网效率，导致继电保护设备拒动或者误动，干扰工业生产设备的正常运行，严重时导致大面积停电。谐波电流在有无功补偿电容器等容性设备的电网中流动时，可能由于系统谐振而放大数十倍或者更多，导致电网设备过电压损坏等严重问题。有源电力滤波器是解决电力系统谐波问题的新型方案，是谐波治理领域的最新成果。北京华腾开元电气有限公司自成立以来一直跟踪技术前沿，致力于电能质量治理和电力节能设备的研制，开发出CleanPowerTM系列电能质量治理产品，其中HTAPF-I型有源电力滤波器响应速度快，具备连续补偿和动态跟踪补偿能力，谐波滤除率高，与无源滤波器相比不会与电网发生谐振而且还能有效抑制电网本身的谐振，同时根据设定可兼顾无功补偿和三相平衡，是国内有源滤波领域最先进的产品之一。HTAPF-I型有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、医疗机构等。根据应用对象不同，HTAPF-I型有源电力滤波器的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。HTAPF-I型有源电力滤波器的优势华腾开元技术源自清华大学，专业生产有源电力滤波器，所研制的HTAPF-I型有源电力滤波器与国内众多厂家的产品相比具有三大优势：1.产品自适应能力强，稳定性好2005年时我公司成功攻克了APF参数自适应的问题，在CT、PT测量出现偏差、连接电抗器等器件参数出现较大偏差的情况下，设备仍能良好工作，在安全的情况下保证补偿效果；2.对控制系统中的各种延时进行了最优补偿与控制APF是用来治理谐波的，其原理是用一个等值、反向的波形去抵消负荷中的谐波。输出电流的幅值、相位出现偏差，轻则影响补偿效果，重则有可能导致谐波放大，威胁系统安全。而采样延时、控制延时等控制系统中无法避免的延时环节是引起幅值、相位出现偏差的最主要环节。目前国内众多厂家都未能解决该问题。我公司在2007年初完美的解决了该问题，彻底消除了APF应用过程中的隐患。3.经过了长期的现场检验我们的研发工作在2002年已经在清华大学电机系的实验室中展开，2003年5月完成实验室样机的研制，实验效果良好。2004年9月完成工业样机的研制，在现场得到良好的应用效果。至今5年有余，数百套产品在不同的应用场合经受了长期的考验，产品性能优良，运行稳定。在各个厂家所宣传的技术参数趋同的情况下，上述3点决定了我公司的产品处于国内领先的地位。HTAPF-I型有源电力滤波器的功能HTAPF-I型有源电力滤波器具有如下功能和性能特征：滤除电流谐波可以高效的滤除负荷电流中225次的各次谐波，从而使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。该产品真正做到自适应跟踪补偿，可以自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿，80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿。改善系统不平衡状况可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功功率。在确保滤除谐波功能的基础上有效改善系统不平衡状况。抑制电网谐振不会与电网发生谐振，而且在其容量许可范围内还可以有效抑制电网自身的谐振。这是无源滤波装置无法做到的。多种保护功能具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。全数字式操作具备友好的人机接口，使得操作简便，易于使用和维护。可扩展性在现有的基础上还可以根据市场需求进行功能扩展，比如可以扩展带液晶显示的监测、控制台，便于工作人员实地查看装置运行情况；在通讯网络畅通的情况下，还可以应用GPRS无线通讯技术，扩展为远程监测甚至远程控制。HTAPF-I型有源电力滤波器的工作原理HTAPF-I型有源电力滤波器的工作原理如下图所示。图1 HTAPF-I型有源电力滤波器的工作原理示意图设备投入运行的过程，先手动合上空气开关，给控制系统供电并合上设备的开机旋钮后，首先接触器J1闭合，通过防涌流电阻对直流电容器预充电。充电完毕后，闭合接触器J2闭合将防涌流电阻短接，然后设备开始运行。设备退出运行时，先封锁对逆变器的驱动信号，然后控制接触器J1和J2依次断开。设备的控制系统首先通过测量电路获得接入点电压、负荷电流、设备输出电流、补偿后的系统电流、直流电容器电压等信号，利用测量所得信号检出负荷电流的各次谐波分量和不平衡分量，考虑到控制必然存在误差，为了提高补偿的效果，再检出补偿后系统电流中的各次谐波分量和不平衡分量，与负荷的各次谐波分量和不平衡分量叠加，这就是设备的输出电流参考信号，进而控制系统的数字信号处理器根据电流参考信号计算得出对逆变器的PWM控制脉冲，并通过控制电路驱动逆变桥的电子开关器件(IGBT)，从而输出相应的各次谐波分量和不平衡分量，实现补偿功能。HTAPF-I型有源电力滤波器的技术参数额定工作电压(线电压)：380V、600V，50Hz额定谐波补偿容量：30A/50A/75A/100A/150A/200A80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿整机功耗：小于容量的3%抑制谐波效果：达到国标要求，稳态THDi可降低至5%以下额定绝缘电压：3000V AC，2500V DC参照和执行标准GB/T 14549-93电能质量公用电网谐波JB/DQ6141-86低压无功功率补偿装置GB/T 15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度GB12325-90电能质量供电电压允许偏差GB/T15576-1995低压无功功率静态补偿装置总技术条件使用环境条件安装点电压：380V/600V15%环境温度：-5C+40C(室内型)相对湿度：90%(40),短时允许100%大气压力：79.5106.6kPa(海拔2000m以下)使用环境无较强的振动与冲击使用环境无腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质存在，不得含有爆炸危险的介质，无严重的霉菌存在产品型号及应用范围目前，HTAPF-I型有源电力滤波器，按结构类型分有三桥臂结构和四桥臂结构两种。产品型号举例说明如下：型号：HTAPF4L/100-0.4其中：HT：公司代号，华腾开元APF：产品代号，有源电力滤波器4L：三相四线制，3L：三相三线制100：容量100A，0.4：电压等级400V(线电压)HTAPF-I型有源电力滤波器的容量等级及应用范围等如下表所示。结构类型谐波补偿容量(A)额定线电压(V)应用范围三桥臂30380、600三相三线制系统50380、600 75380、600 100380、600 150380 200380四桥臂30380、600三相四线制系统50380、600 75380、600 100380、600 150380 200380 HTPQC-I型智能柔性无功发生器产品概述STATCOM(Static synchronous Compensator)是柔性交流输电技术(FACTS)的主要装置之一。清华大学电机系电力系统国家重点实验室在FACTS技术方面有着深厚的理论研究和丰富的实践经验，北京华腾开元电气有限公司以清华大学为技术依托，现将FACTS技术引入到低压配电网，研制出基于STATCOM的智能柔性无功发生器(产品型号HTPQC-I)。该设备可连续、动态的补偿无功功率，平衡三相负荷，在改善电网的电能质量，提高配电网的安全稳定运行和经济运行方面效果显著。该设备尤其适用于油田抽油机、工厂吊装货物的行车、港口的门机、焊机等负荷波动频繁且波动幅度大的场合。产品功能HTPQC-I型智能柔性无功发生器满足如下一些主要的功能和性能指标。连续、动态地补偿无功功率HTPQC-I型智能柔性无功发生器具备对无功功率的连续补偿、动态跟踪补偿能力；且补偿容量准确可控，不因接入点电压的降低而降低。而且该设备不仅能补偿感性无功，还具备补偿容性无功的能力。这克服了投切式电容器不能连续、动态补偿且补偿容量受接入点电压影响的弱点。补偿负荷三相不平衡三桥臂结构的HTPQC-I型智能柔性无功发生器能够消除负荷的负序不平衡分量，四桥臂结果的HTPQC-I型智能柔性无功发生器能够消除负荷的负序和零序不平衡分量，将三相功率重新分配，从而使得补偿后的装置-负荷联合体呈现对称平衡负荷特性，减小中线电流，降低损耗，避免因三相不平衡而可能引起的事故。综测功能HTPQC-I型智能柔性无功发生器的控制系统带有存储器，可以保存电网的主要参数，并通过自带的通信接口传送给电力用户，方便统计和管理。多种保护功能HTPQC-I型智能柔性无功发生器具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。全数字式操作HTPQC-I型智能柔性无功发生器具备友好的人机接口，使得操作简便，易于使用和维护。可扩展性HTPQC-I型智能柔性无功发生器在现有的基础上还可以根据市场需求进行功能扩展，比如在通讯网络畅通的情况下，可以应用GPRS无线通讯技术，扩展为远程监测甚至远程控制。工作原理HTPQC-I型智能柔性无功发生器的工作原理如下图所示。图1 HTPQC-I型智能柔性无功发生器的工作原理示意图设备投入运行的过程，先手动合上空气开关，给控制系统供电并合上设备的开机旋钮后，首先接触器J1闭合，通过防涌流电阻对直流电容器预充电。充电完毕后，闭合接触器J2闭合将防涌流电阻短接，然后设备开始运行。设备退出运行时，先封锁对逆变器的驱动信号，然后控制接触器J1和J2依次断开。设备的控制系统首先通过测量电路获得接入点电压、负荷电流、设备输出电流、直流电容器电压等信号，利用测量所得信号检出负荷电流的无功分量和不平衡分量，这就是设备的输出电流参考信号，进而控制系统的数字信号处理器电流参考信号计算得出对逆变器的PWM控制脉冲，并通过控制电路驱动逆变桥的电子开关器件(IGBT)，从而输出相应的无功分量和不平衡分量，实现补偿功能。技术参数额定工作电压：380V/220V，50Hz额定补偿容量：30kVar/45kVar/60kVar/90kVar/120kVar额定输出基波电流：45A/67A/90A/135A/180A160us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿整机功耗：小于容量的3%补偿无功功率效果*：0.95cos1补偿不平衡效果*：中线电流8A额定绝缘电压：3000V AC,2500V DC*表示在额定补偿容量范围内所能达到的指标参照和执行标准HTPQC-I型智能柔性无功发生器的研制参照如下标准和规范进行JB/DQ6141-86低压无功功率补偿装置GB12325-90电能质量供电电压允许偏差SD325电力系统电压和无功技术导则GB/T15576-1995低压无功功率静态补偿装置总技术条件使用环境条件安装点电压：380V/220V15%环境温度：-25C+50C(室外型)相对湿度：90%(40),短时允许100%大气压力：79.5106.6kPa(海拔2000m以下)使用环境无较强的振动与冲击；使用环境无腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质存在，不得含有爆炸危险的介质，无严重的霉菌存在；产品类型及应用范围目前,HTPQC-I型智能柔性无功发生器，按结构类型分，有三桥臂结构和四桥臂结构两种，产品型号举例说明如下：型号：HTPQC4L/120-0.4其中：HT：公司代号，华腾开元PQC：产品代号，电能质量柔性控制器4L：三相四线制，3L：三相三线制120：容量120kVar，0.4：电压等级400V(线电压)其容量等级及应用范围等如下表所示。结构类型补偿容量(kVar)额定线电压(V)应用范围三桥臂30380、600三相三线制系统45380、60060380、60090380、600120380、600150380、600四桥臂30380、600三相四线制系统45380、60060380、60090380、600120380、600 HAVC混成自动电压控制概述：1、AVC简述AVC(Automatic Voltage Control)为英文自动电压控制的缩写，其主要功能是在系统电压变化时，自动调节励磁以维持机端电压不变。自动电压控制是第27届中国电网调度运行会议上提出的现代化电网调度新技术的发展方向之一。在原国家电力公司颁布的建设国际一流电网调度机构考核实施细则中被列为技术进步的评价内容之一。经过本世纪最近三年左右的努力，AVC技术取得了突破性进展，已从原来厂站端意义上的VQC发展到了整个电网范围内的自动电压控制。2、HAVC简述HAVC混成自动电压控制是在原AVC已有功能的基础上，将工程数学理论应用到电力系统稳定控制领域，实现电力控制系统的电压分层调节和控制，以达到电压水平、电压动态品质、电压稳定性和运行的经济性等综合调控目标的优化运行。特点1、关键节点电压控制-电压监视和控制对用户定义的中枢点电压进行监视，通过调控子站可控设备使中枢点电压运行在允许范围内。2、经济性控制-无功优化和降低网损在系统没有电压安全和质量问题的情况下，通过调整无功设备，优化无功潮流、实现降低网损的经济性目标。3、安全性控制-静态电压安全控制HAVC系统采取了最小模特征根指标来衡量系统的电压安全程度，既可以反映系统全局电压安全的程度，又可以指出薄弱环节。在选择控制策略时，以提高电压安全裕度为目标，同时考虑设备的调节难易程度和性能等约束，通过优化计算得出各无功调控设备的控制量。4、多目标平衡控制综合考虑关键节点电压质量、系统经济性及安全性，基于优化算法对3项指标给出权重实现多目标平衡控制。5、电压越限校正电压越限的自动校正功能，可以减轻调度人员的工作强度，提高电压质量。三、原理电压控制是电力系统控制的重要组成部分，对于保证系统运行的稳定性和经济性有重要意义。至今电压控制的研究偏重于控制装置本身的硬件和控制策略的研究方面，缺乏系统范围内的协调优化。全局协调优化的自动电压控制的难点在于：1、电力系统中已经存在大量控制电压的设备，例如发电机励磁、投切电容电抗器组、带负载调分接头变压器、静止无功补偿器(SVC)、FACTS设备以及低电压切负荷等，常规的控制系统理论和方法难以解决如此大规模的优化(或准优化)协调和多目标的控制问题；2、电力系统中电压控制问题还涉及大差异时间尺度的交叉(从零点几秒到几十分钟)问题，不同类型控制设备响应时间也各相迥异，这些都为电压控制的研究带来挑战。为此，混成自动控制理论提出了如下模型和方法，解决了上述难题：(1)根据电力系统中连续运行的动态过程与离散控制指令、离散操作相互作用的特点，建立了以事件驱动为核心的混成分层电压控制模型